Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние вопроса мойки наполненных цилиндрических банок 10
1.1 Общие сведения о процессе мойки 10
1.2 Анализ существующих моечных машин 17
1.2.1 Обзор существующих погружных моечных машин 17
1.2.2 Машины для мойки цилиндрических банок консервного производства 27
1.3 Теория очистных процессов 41
1.4 Анализ преимуществ и недостатков активаторов погружных моечных машин 44
1.5 Цель и задачи исследования 46
2 Теоретическое обоснование конструктивно технологической схемы и основных параметров машины, интенсифицирующей процесс мойки поверхностей консервных металлических банок 49
2.1 Обоснование гидродинамического способа очистки банок и их планетарного движения 49
2.2 Определение поверхностных гидродинамических сил 55
2.3 Разработка конструктивно-технологической схемы моечной машины 59
2.4 Определение диаметра колес моечной машины 62
2.5 Определение мощности привода моечной машины 67
3 Программа и методика экспериментальных исследований 72
3.1 Программа экспериментальных исследований 72
3.2 Методика и технология экспериментов по исследованию качества очистки металлических консервных банок 73
3.3 Приборы, аппаратура и устройства для экспериментальных исследований 80
3.4 Исследования по обоснованию технологических параметров экспериментальной моечной машины 82
3.5 Экспериментальные исследования качества очистки 86
3.6 Экспериментальные исследования энергетических затрат 92
3.7 Определение оптимальных технологических параметров моечной машины 93
4 Результаты экспериментальных исследований процесса мойки металлических консервных банок 95
4.1 Исследование влияния активации жидкости путем воздушного барботирования с наружной стороны отмываемых объектов на качество их очистки 95
4.2 Исследование влияния частоты вращения ведущего колеса, температуры и концентрации раствора на качество очистки 97
4.3 Результаты исследований качества очистки 101
4.4 Энергетические исследования 106
4.5 Результаты исследования по определению оптимальных технологических параметров моечной машины 109
5 Технико-экономическая эффективность моечной машины 115
Основные результаты и выводы 123
Литература 125
Приложения 138
- Анализ существующих моечных машин
- Определение поверхностных гидродинамических сил
- Методика и технология экспериментов по исследованию качества очистки металлических консервных банок
- Исследование влияния частоты вращения ведущего колеса, температуры и концентрации раствора на качество очистки
Введение к работе
Актуальность темы. Консервы занимают в Российской Федерации одно из первых мест по объемам потребления. Это обусловлено рядом причин: широкий ассортимент консервов; рост благосостояния потребителей; повышение спроса на готовые блюда в связи с ускорение темпа жизни; длительный срок хранения консервов; отсутствие специальных условий хранения; удобство в употреблении; сокращение объема домашних консервных заготовок.
Упаковка и этикетка является мощным средством продвижения товара на рынке. Поэтому этикетку на поверхность консервной тары необходимо наклеивать чистой, целой, плотно и аккуратно покрывающей весь корпус банки.
По техническим требованиям работа этикетировочного автомата должна обеспечиваться на чистых, сухих банках, не имеющих на поверхности следов жира, и отвечающих требованиям ГОСТ 5981-88 и ГОСТ 11771-93. Для учета этих требований в технологический процесс производства консервов включена операция по обезжириванию банок при помощи промывочной машины.
От совершенства технологии и моечных установок зависит качество очистки банок, производительность труда, культура производства и себестоимость всего процесса производства консервов.
По критерию удельных затрат энергии на единицу очищаемой поверхности наиболее перспективным является применение высоконапорной струйной и погружной очистки как наименее энергоемких.
В консервной промышленности широкое распространение получили струйные банкомоечные машины, которые неполно используют эффективные моющие средства с высоким содержанием поверхностно-активных веществ; ограничены в рабочей температуре кавитационными явлениями в перекачивающих и напорных насосах; сложны по конструкции и обслуживанию; используют узкий спектр способов интенсификации.
Существующие машины погружного типа, применяемые в основном на ремонтных предприятиях для удаления трудновыводимых загрязнений с деталей сложной конфигурации, сложны по конструкции и обслуживанию и являются аппаратами периодического действия.
Использовать вышеперечисленные моечные машины в пищевой промышленности для мойки наружной поверхности консервных металлических банок невыгодно, так как они имеют высокую энергоемкость, металлоемкость и себестоимость очистки.
Себестоимость является одним из важных показателей хозяйственной деятельности предприятия. Она участвует в формировании прибыли, а значит, от нее зависит финансовая устойчивость предприятия и уровень его конкурентоспособности.
Поэтому необходимо изыскание новых технологических процессов, обеспечивающих повышение работоспособности машин. Разработка новых эффективных и совершенствование существующих моечных машин в консервной отрасли является большим резервом по снижению расхода энергии, материалов и себестоимости всего процесса производства консервов. Таким образом, проблема мойки наружной поверхности консервных банок весьма актуальна и имеет большое значение в пищевой промышленности.
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ на кафедре механизации производства и переработки сельскохозяйственной продукции ГОУ ВПО «Марийский государственный университет».
Целью работы является разработка машины, интенсифицирующей процесс мойки поверхностей консервных банок, обеспечивающей малую металлоемкость и энергоемкость.
В соответствии с поставленной целью были определены основные задачи:
Разработать и обосновать конструктивно-технологическую схему машины для мойки поверхностей консервных банок.
Изготовить экспериментальную машину для мойки поверхностей консервных банок и провести на ней технологические испытания.
На базе проведенных исследований математически обосновать режимы мойки поверхностей банок.
Обосновать энергетическую и экономическую эффективность использования машины для мойки поверхностей металлических банок в консервном производстве.
Объект исследования. Технологический процесс мойки поверхностей консервных банок разработанной машиной.
Научная новизна работы состоит в том, что впервые:
получены аналитические зависимости, позволяющие определить поверхностные гидродинамические силы, действующие на банку при ее очистке, скорость перемещения банки по направляющей, диаметр колеса, производительность и мощность привода погружной двухступенчатой моечной машины;
получены экспериментальные данные по качеству очитки поверхностей металлических консервных банок в машине погружного типа;
получена математическая зависимость процесса мойки, позволяющая оценить качество очистки поверхностей банок в зависимости от изменения его режимных факторов.
Практическая значимость работы. Разработана конструктивно-технологическая схема двухступенчатой моечной машины с планетарным движением банок и активацией жидкости путем воздушного барботирования с их наружной стороны (патент РФ на полезную модель №70827), основанной на аналитических и экспериментальных исследованиях.
Реализация результатов исследований. Разработанная машина для мойки наружной поверхности цилиндрических консервных банок с планетарным их движением и активацией жидкости путем воздушного барботирования с их наружной стороны внедрена в ОАО «Тепличное» Республики Марий Эл, Медведевского района. Подтверждается актом внедрения научно-технического достижения.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практических конференциях Марийского государственного университета (2005, 2006, 2008, 2009 г.г.); Чувашской ГСХА (2007 г.); Вятской ГСХА (2007 и 2009 г.г.); НИИСХ Северо-Востока имени Н. В. Рудницкого (2007 г); Instytut Bu-downictwa, Mechanizacji I Elektryfikacji Rolnictwa, Warszawa (2008 г), Санкт-Петербургский государственный аграрный университет (2009), отчет на семинаре в Казанском государственном технологическом университете (2009).
Защищаемые положения:
аналитические зависимости, позволяющие определить поверхностные гидродинамические силы, действующие на банку при ее очистке, скорость перемещения банки по направляющей, диаметр колеса, производительность и мощность привода погружной двухступенчатой моечной машины;
экспериментальные данные по качеству очистки поверхностей металлических консервных банок в машине погружного типа;
оптимальные режимы работы моечной машины, обеспечивающие эффективную очистку при минимальной энергоемкости процесса;
оценка энергетической и экономической эффективности процесса мойки поверхностей консервных банок в моечной машине погружного типа.
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 22 научных публикациях, в том числе в двух журналах, рекомендованных ВАК, и патенте на полезную модель.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы из 132 наименований. Работа, изложенная на 155 страницах текста компьютерной верстки, содержит 8 таблиц, 33 рисунка и 7 приложений.
Анализ существующих моечных машин
Погружной способ очистки широко применяют для удаления трудно-выводимых загрязнений с деталей сложной конфигурации, когда струйный способ не обеспечивает требуемое качество очистки или при очистке поверхности моющими средствами, которые нельзя использовать в струйных [43]. Струйная очистка сводится к финишному ополаскиванию.
Преимущества погружного способа [54, 129] по сравнению со струйным следующие:- возможность использования эффективных моющих средств с высоким содержанием поверхностно-активных веществ;- возможность использования высокоэффективных растворяюще-эмульгирующих моющих средств на основе углеводородных и галоген-содержащих органических растворителей, других агрессивных, вредных и легко испаряющихся очищающих агентов;- возможность использования моющих жидкостей при любых высоких температурах, вплоть до температуры кипения, в то время как при струйном способе рабочая температура ограничивается кавитационными явлениями в перекачивающих и напорных насосах;- простота конструкции оборудования, удобство и экономичность его эксплуатации;- широкий выбор способов интенсификации.
Первые два преимущества погружного способа связаны с тем, что благодаря широким исследованиям, проводимым в МГАУ, ГОСНИТИ, ООО НПФ «ГЕНИКС» и в других организациях, созданы новые высокоэффективные моющие и дезинфицирующие средства [120].
В настоящее время широко применяют различные методы интенсификации процесса очистки затопленными струями, вибрацией, барботировани ем, пропусканием электрического тока (электрохимическое обезжиривание)и др., так как очистка погружением объектов в ванны с невозбуждаемыми растворами занимает сравнительно много времени [6, 115]. Широкая возможность интенсификации процесса очистки - самое перспективное преимущество погружного способа, но оно используется пока недостаточно.
Рассмотрим более конкретно способы интенсификации процесса очистки у существующих погружных моечных машин. Для наглядности и удобства анализа преимуществ и недостатков этих способов их можно обобщить в представленной на рисунке 1.2 обновленной классификации. Гидромеханические способы интенсификации процесса очистки в погружных моечных машинах подразделяются на следующие основные типы:- возбуждение моющей жидкости вокруг неподвижного объекта очистки - статические активаторы;- сообщение объекту очистки движения в моющем растворе - динамические активаторы;- возбуждение моющей жидкости вокруг подвижного объекта очистки (совместное действие двух первых типов) - комбинированные активаторы.
Во всех случаях суть процесса очистки заключается в том, что создается относительное движение потоков жидкости и загрязнённых изделий.
В моечных машинах без гидродинамических активаторов гидромеханическое воздействие моющей жидкости на загрязнения полностью отсутствует, так как нет относительного движения между моечной жидкостью и объектом очистки. Очистка изделий от загрязнений происходит только за счет физико-химических свойств моющей жидкости. При этом объект очистки и загрязнения нагреваются, последние разрыхляются, переводятся в объём моющего раствора в виде эмульсий и дисперсий.
При использовании статических активаторов для возбуждениямоющей жидкости вокруг неподвижного объекта очистки применяются следующие устройства.1. Гребные винты [37, 81, 104], лопастные мешалки [88] и другие рабочие органы, создающие затопленные струи. Эти рабочие органы, находящиеся в ванне с моющей жидкостью и приводящиеся во вращение от находящегося вне ванны электродвигателя, обычно заключаются в кожух (диффузор), или напротив них устанавливаются рассекатели, что способствует направлению турбулентного (вихревого) потока моющей жидкости на объект очистки. Для получения равномерной очистки изделий со всех сторон либо устанавливают несколько винтов, либо дополнительно дают вращательное движение объекту очистки. Однако эти установки из-за однонаправленности турбулентных потоков не обеспечивают равномерной очистки, а использование нескольких рабочих органов с разных сторон увеличивает потребную мощность, усложняет конструкцию и снижает работоспособность. В настоящее время разрабатываются более эффективные моечные машины для интенсификации погружной очистки затопленными струями как постоянными, так и пульсирующими.2. Барботирование. Нужная турбулентность жидкости вокруг очищаемых объектов цилиндрической формы создаётся путём возбуждения моющей жидкости подачей сжатого воздуха в барботажную систему [21].3. Ультразвук. Ультразвуковой способ в основном применяется для очистки мелких прецизионных деталей. Ультразвуковая моечная установка состоит из ванны с моющим раствором для погружения объекта очистки, генератора высокочастотных (ультразвуковых) электрических колебаний и преобразователя их в упругие механические колебания диафрагмы. Колебания диафрагмы с частотой 20 кГц и выше передаются моющей жидкости, вызывая в ней кавитацию, которая создает комплекс явлений, приводящих к очистке деталей от загрязнений. На эффективность ультразвуковой очистки большое влияние оказывает расположение деталей относительно источника ультразвуковых колебаний, наличие экранов [43, 128, 132] и продолжительность нахождения объектов очистки в зоне действия ультразвука, поэтому этот способ чаще используется в машинах периодического действия. Для ультразвуковой очистки применяют как органические растворители, так и CMC. Каждый из них имеет свою оптимальную температуру. Отклонение её в любую сторону резко увеличивает время очистки [104]. По этим причинам ультразвуковым способом нецелесообразно очищать объект очистки в поточных линиях с большими скоростями. В настоящее время ультразвуковая очистка находит широкое применение на промышленных предприятиях.4. Электромеханические вибраторы. Моечные установки с электромеханическим вибратором предназначены для очистки деталей виброжидкостным способом. Промываемые детали находятся в корзине неподвижно, активация жидкости достигается воздействием на нее мембраны колебательного механизма, прикрепленной через стержень на электродвигатель, на валу которого устанавливают дисбаланс [68]. Мембрана возмущает жидкость вокруг неподвижного объекта очистки, совершая возвратно-поступательные движения с амплитудой около 10 мм и частотой 30...40 Гц. К сожалению, этот способ имеет такие же недостатки, как и ультразвуковая очистка, - нецелесообразно очищать объект очистки в поточных машинах.
Определение поверхностных гидродинамических сил
Планетарное движение консервной банки в моечной машине можно рассматривать как состоящее из двух простых движений: поступательного по оси ОУо координатной системы и вращательного относительно оси OZ0 [60] координат (рисунок 2.5). Координатную систему выберем жестко связанной с объектом, начало которой совпадает с его центром масс, а оси направлены параллельно горизонтальной, вертикальной и фронтальной плоскостям объекта.
Поступательное движение банки в жидкости по оси У0 будет вызывать сопротивление жидкости. Эти силы назовем поверхностными Рпг. Они состоят из сил лобового сопротивления и сил трения жидкости об объект очистки. При поступательном движении банки вдоль оси ОУо возникают сила лобового сопротивления на поверхности, перпендикулярной ОСИ ОУо, и силы
Все гидродинамические силы являются распределенными. Для упрощения расчетов будем считать, что равнодействующая этих сил является сосредоточенной и приложена к центру парусности. Примем следующие допущения: объект очистки недеформируемый, моющая жидкость несжимаемая и ее физические параметры (плотность, кинематическая и динамическая вязкость) такие же, как у воды. Определим поверхностные гидродинамические силы Рпг, действующие на объект очистки при его планетарном движении в жидкости. Обычно представляют интерес не сами силы, а их составляющие на оси координат в виде [49, 50, 64, 110] Рассмотрим эти величины. Сила Рпг включает в себя силу лобового сопротивления и касательную силу сопротивления трению жидкости, то есть где р — плотность моющей жидкости, кг/м ; VQ - скорость движения тела (центра масс) в жидкости, м/с; р - коэффициент давления жидкости; п -внешняя нормаль. Коэффициент давления жидкости, согласно [129] где Еи — число Эйлера; р — давление жидкости в исследуемой точке, кг/м2; ро- давление в невозмущенном потоке, кг/м2. Число Эйлера определяется по формуле где Р — характерное давление жидкости, для нашего случая Р = р0. Из уравнения Бернулли определим давление жидкости в исследуемой точке Давление в невозмущенном потоке определяется [1, 75, 114] где YQ - вес единицы объема жидкости, кг/м ; hQ - глубина жидкости, м; g - ускорение свободного падения, м/с2. Касательная сила сопротивления трению жидкости будет определяться как где (j— коэффициент местного трения; /о - орт касательной. Коэффициент местного трения СУ, согласно [83, 110] (7 = где V0XB, VQB - составляющая скорости движения центра масс объекта очистки на оси Х0, У о; S Lc, 5.б проекция площади парусности тела на перпендикулярную соответствующую оси плоскости, м2; S p", 5 f - проекция площади трения, м . На основании анализа существующих устройств для мойки наполненных металлических цилиндрических консервных банок и результатов теоретических исследований разработана конструктивно-технологическая схема погружной моечной машины, приведенная на рисунке 2.6 [58, 78]. Она включает моечные ванны 1 и 2, разделенные перегородкой 3. В ваннах размещены направляющие 4 и 5 дугообразной формы. Они установлены выпуклостью вниз и имеют возможность перемещения по вертикали. Их положение можно фиксировать при помощи крепежно-регулировочных шпилек 17.
В обеих ваннах 1 и 2 над направляющими на валах симметрично направляющим установлены приводные колеса 7 и 11 с эластичным ободом. Колесо первой ванны 1 кинематически связано с мотор-редуктором 8 через муфту 9, вал 6 и ступицу 10. Колесо второй ванны 11 кинематически связано с колесом 7 первой ванны посредством клиноременной передачи 12. Для исключения буксования ремня предусмотрено натяжное устройство. Приводной вал 6, на котором жестко посажены ступицы 10 колеса 7, установлен на подшипниках, расположенных в корпусах 13. Положение колеса 7 относительно ванны не регулируется. Между эластичным ободом колеса 7 и направляющими 4 и 5 имеется зазор, равный диаметру очищаемых цилиндрических банок. Этот зазор можно регулировать в определенных пределах, пе
Методика и технология экспериментов по исследованию качества очистки металлических консервных банок
Существуют различные методы определения качества очистки [13, 25, 43, 52, 65, 98, 109]. Наиболее распространенные способы определения жира на поверхности банок следующие: способ М. М. Балашова, М. П. Болотова, А. К. Кощеева, Брукса и Фенела, экспрессное определение степени чистоты банки с помощью порошка активированного угля.
Самым простым и доступным является способ А. К. Кощеева с применением хлопчатобумажных полосок, отличающийся наибольшей простотой и быстротой получения результатов. Суть его заключается в следующем. Тонкой белой хлопчатобумажной полоской (ткань по ГОСТ 29298-2005 "Ткани хлопчатобумажные и смешанные бытовые. Общие технические условия"), смоченной эфиром (эфир по ТУ 2600-001- 43852015-05) и укрепленной на основании корковой пробки, протирают поверхность банки. После высушивания на воздухе полоску окрашивают. Для этого ее осторожно кладут на поверхность 0,01 % раствора метиленового синего (индикатор по ТУ 6-09-22) так, чтобы она смачивалась только с нижней стороны. При наличии жира на полоске остается круглое неокрашенное пятно, имеющее форму основания пробки. При отсутствии жира полоска окрашивается в синий цвет равномерно (рисунок 3.1) [52, 59]. Рисунок 3.1 - Хлопчатобумажные полоски для определения степени чистоты поверхности консервных банок: а — поверхность чистая; б - поверхность грязная
По величине неокрашенной части полоски можно судить о степени загрязнения банки. Чем больше жира осталось на банке, тем отчетливее и больше неокрашенное пятно. Определение площади пятна может быть проведено при помощи: - палетки - сетки квадратов, нанесенных на прозрачный материал; - весовым методом; - с помощью программы «AreaS». Определение площадей при помощи палетки является наиболее простым. Палетка представляет собой разграфленную на клетки размером 1 мм2 прозрачную пластинку. Палетка накладывается на пятно, площадь которого надо измерить. Подсчитываются квадратики палетки, поместившиеся внутри границ контура, то есть число целых клеток внутри пятна. Далее подсчитывают число клеток, входящих в фигуру частично. При вычислении числа квадратиков засчитываются только те, которые либо полностью находятся внутри контура, либо наполовину или более заняты площадью контура. В последнем случае отсеченная часть условно приравнивается к площади целого квадратика. При расчете площади пятна данным методом используется формула: где а - число целых клеток внутри фигуры; Ъ — число клеток, входящих в фигуру частично. Весовой метод определения площади также очень прост. Он заключается в следующем. Контур участка пятна, площадь которого надо определить, вырезается и взвешивается. Для того чтобы перевести это полученное значение массы в площадь, нужно вырезать пятно полного диаметра основания пробки размером: и взвесить его. Далее определяется коэффициент перевода массы в площадь фигуры по формуле: где S — площадь пятна полного диаметра основания пробки, мм2; т - масса вырезанного пятна полного диаметра основания пробки, мг. Зная коэффициент перевода массы в площадь фигуры, можно определить, какой площади соответствует площадь оконтуренного участка.
Определение площадей с помощью программы «AreaS», разработанной на базе ФГОУ ВПО «Самарской ГСХА» Пермяковым А. Н., является наиболее простым, быстрым и точным способом. Программа позволяет определить площадь фигуры любой сложности. Работа программы основана на сканировании двух фигур, площадь одной из которых известна (шаблон), их сравнением с последующим расчетом площади другой фигуры. Погрешность определения площади не превышает 0,001 %.
Для определения площади пятна на индикаторной хлопчатобумажной полоске с помощью программы «AreaS» необходимо следующее оборудование и программное обеспечение: персональный компьютер, сканер, фотоаппарат, графический редактор (например, Adobe Photoshop CS или т.п.), программа «AreaS».
Экспериментально было определено, что для получения наиболее точного соотношения 1:1 (совпадения) реальной площади пятна на индикаторной хлопчатобумажной полоске с площадью того же пятна в цифровом виде необходимо выполнить преобразование (редактирование) полученного фотоаппаратом изображения в графическом редакторе с размером документа 31,2x23,4 мм и разрешением 96 dpi.
Фотоаппарат настраивается в режим супер-макро, получаемый размер документа 1024x768 мм, при фотографировании расстояние от объекта до передней плоскости фотоаппарата 50 мм.I. Подготовка программы к работе.
Исследование влияния частоты вращения ведущего колеса, температуры и концентрации раствора на качество очистки
С целью изучения влияния частоты вращения ведущего колеса, температуры и концентрации раствора по отдельности на качество очистки наружной поверхности консервных банок проведены однофакторные эксперименты [117], где при фиксированных частотах вращения ведущего колеса моечной машины изменяли температуру и концентрацию моющего раствора.
Экспериментальные исследования проводились с барботированием моющего раствора. Опыты проводились в трехкратной повторности.
Матрица исследования влияния частоты вращения ведущего колеса моечной машины, концентрации и температуры на качество очистки поверхности консервных банок представлена в приложении В.
По результатам однофакторных экспериментов при двухступенчатой промывке поверхностей консервных банок выявлены зависимости качества очистки поверхности банок от концентрации моющего раствора при различ ных значениях температуры моющего раствора, а также зависимости качества очистки поверхности банок от температуры моющего раствора при различных значениях концентрации раствора, фиксируя частоту вращения ведущего колеса моечной машины. На рисунках штриховой горизонтальной линией показано качество очистки, соответствующее требованиям стандарта [28, 30, 32] К 93 %.
Анализ полученных графиков (рисунки 4.2 и 4.3) показывает следующие зависимости:
1) при увеличении частоты вращения ведущего колеса моечной машины при постоянной температуре моющего раствора снижается его концентрация, при котором достигается качество очистки, соответствующее требованиям стандарта (рисунок 4.2). При частоте 15 об/мин концентрация моющего раствора - 3,5 г/л при температуре 85 С. То же качество очистки достигается при концентрации моющего раствора 1 г/л и его температуре 85 С при частоте 35 об/мин.2) по мере увеличения частоты вращения ведущего колеса моечной машины с постоянной концентрацией моющего раствора уменьшается температурный режим, при котором достигается качество очистки, соответствующее требованиям стандарта (рисунок 4.3). При частоте 30 об/мин минимальный температурный режим составляет 60 С при концентрации 5 г/л. То же качество очистки достигается при температурном режиме 48 С с концентрацией 5 г/л при частоте 35 об/мин.3) качество очистки интенсивно растет при концентрации моющего раствора от 1 до 3 г/л. Далее интенсивность процесса очистки падает - увеличение концентрации моющего раствора более 3 г/л весьма незначительно улучшает качество очистки;4) температура, обеспечивающая качественную очистку поверхности банок, соответствующая требованиям стандарта, находится в пределах 65...85 С независимо от частоты вращения ведущего колеса моечной машины.
Для более детального исследования процесса мойки поверхности консервных банок необходима комплексная оценка ниже перечисленных факторов во взаимосвязи. С этой целью реализован ортогональный центральный композиционный план трехфакторного эксперимента, позволяющий получить адекватное уравнение регрессии качества очистки в зависимости от исследуемых факторов: температуры моющего раствора - t, С (xj), концентрации моющего раствора - С, г/л (х2), частоты вращения ведущего колеса - пь об/мин (х3). За функцию отклика принято качество очистки - К, % (Y).
После реализации плана эксперимента и обработки результатов экспериментальных исследований на персональном компьютере с помощью программ Excel, Maple 12 и STATISTIC А 6 получено уравнение регрессии, проверенное на адекватность по Р0 95-критерию Фишера
Сравнение коэффициентов регрессии показывает, что наибольшее влияние на качество очистки оказывает второй фактор - концентрация раствора. Первый фактор - температура раствора - также оказывает существенное влияние на функцию отклика, к тому же коэффициент регрессии квадрата этого фактора также значим. Третий фактор - частота вращения ведущего колеса — оказывает наименьшее влияние на качество очистки. Однако, как показали исследования энергозатрат и зависимость производительности машины от частоты вращения колеса, третий фактор как незначимый исключать нецелесообразно.
Для изучения влияния факторов на критерий оптимизации Y использовали двумерные сечения поверхности отклика.
По результатам анализа математических моделей с помощью двумерного сечения (рисунки 4.4, 4.5, 4.6) видно, что необходимое качество очистки можно достичь при различных сочетаниях значений частоты вращения ведущего колеса моечной машины, температуры и концентрации моющего раствора.
Представленные графики не только позволяют устанавливать характер влияния факторов на функцию отклика, но и являются наглядным материалом для определения рационального режима. Изменение концентрации моющего раствора от 1 до 3 г/л (рисунок 4.4, а-в) вызывает изменение качества очистки поверхности консервных банок (Y) на 10 %...17 % во всем интервале изменения температуры моющего раствора от 65 до 85 С, при этом с увеличением частоты вращения ведущего колеса моечной машины показатель качества очистки улучшается.
При концентрации моющего раствора 1 г/л (рисунок 4.4, а) интервал температурного режима, обеспечивающий качественную очистку поверхности банок, соответствующую требованиям стандарта находится в пределах от 83 С при 35 об/мин до 85 С при 35 об/мин.
Температурный интервал для концентрации 3 г/л (рисунок 4.4, в) составляет от 65 до 85 С при частотах вращения колеса от 30 до 25 об/мин соответственно.При концентрации раствора 2 г/л (рисунок 4.4, б) интервал температур составляет от 68 С при 35 об/мин до 85 С при 28 об/мин.
При максимальной частоте вращения ведущего колеса моечной машины n = 35 об/мин (рисунок 4.5, в) изменение температуры моющего раствора с t = 65 С до t = 85 С приводит к улучшению качества очистки поверхности консервных банок (Y) в среднем на 11 %. При частоте вращения ведущего колеса моечной машины n = 25 об/мин (рисунок 4.5, а) качество очистки банок, соответствующее требованиям стандарта К 93 %, обеспечивает моющий раствор с температурой от 78 до 85 С и концентрацией от 3 до 2,1 г/л соответственно.
